FEKO软件的RCS仿真

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1、FEKO软件的RCS仿真FEKO软件具有分析金属目标散射特性的强大功能13。当目标为电小尺寸时， 可采用矩量法进行计算分析，网格边长一般取 8 ：10。电尺寸更大，则可以 采用多层快速多极子算法或者PO UTD算法等进行分析。本文先进行ogive模型的RCS仿真，并与文献中已有结果进行对比，以验证 FEKO建模及仿真流程的正确性。然后，对圆极化波照射金属球的特定情形，进 行具体建模并分析其散射场场强和极化特性。1.1 ogive模型的RCS仿真ogive模型是典型的用于RCS测试的模型之一。仿真中的金属ogive目标半 张角为22.62度，半长5英寸，最大半径1英寸。如图1所示。the sha

2、pe of the ogivey-5-5图1 ogive模型示意图模型的剖面轮廓曲线由以下表达式确定：for -5 in _5 in,-二 _一 一二，define22O乜sin 22.62-cos 22.62, then(x f X 1 -Y15 丿(1)f ( x jcos屮 y 1 -cos 22.62f x sin- z =1 - cos 22.62图2 FEKO中ogive金属模型及平面波入射方向示意图-800204060100120140160 IMAzinmih图3 ogive金属模型在水平极化平面波照射下的RCS曲线文献1结果，频率9GHz用matlab编写程序计算出ogive

3、形体的剖面曲线，然后用FEKC软件读取相 应数据文件即可绘出模型。如 图2所示。第2页/共10页Radar cross sectionFaifieldl RCS-10-20-305060卜 PO filli r ajr-rtraci 匸-h負涉;*MOM ；70Angle Theta deg2010d21S : ogiv_rcf图4 ogive金属模型在水平极化平面波照射下的RCS曲线FEKO矩量法及PO算法仿真结果，频率 9GHzasnwcaptflUHA0曲 祸 -49 一裁 购 W切D 60 财Azin 山 th图5仿真结果与文献1结果对比，频率9GHz第3页/共10页第#页/共10页图

4、4中采用矩量法计算时，网格边长取3.33mm约为人/10。采用PO方法计 算时未进行新的网格划分。由图5对比可知，本文基于MOMT法的仿真结果与文 献中已有结果吻合良好，证明了 FEKC软件建模及仿真流程的正确性。而PO方法虽然计算速度快，但在模型具有尖锐边缘的顶点处没能准确反映目标真实的散射 特性。1.2左旋圆极化波照射金属球体的多站 RCS仿真平面波入射方向1图6左旋圆极化波照射金属球的 FEKO模型示意图金属球半径为60mm采用矩量法仿真，网格边长取3.33mm仿真频率为9.0GHz。关于散射场更为详细的结果请参考结果文件sphere rcs.out。pi = 3.14159265358

5、979329846 zfO - qftfmuO/epO)Named pointsMediaPerfect electric conductorPerfect magnetic conductorFree spaceGeometry SpherelMeshes(SpherelPortsSolutionA/V Frequency 9.000 GHz Infinite planes2 Loads-E Excitation*P Power-工 CalculationV Currents -Far fielck FarFiddl Optimisation图7左旋圆极化平面波设置示意图图7对话框中各参数意

6、义请参考 FEKO帮助文档。如果结果仅考虑目标的单第5页/共10页第#页/共10页站RCS特性，则在远场求解设置中选择Modify far fieldsPositionCalculate第#页/共10页第#页/共10页fields in pla ne wave in cide nt direct ion如果考虑目标的双站RCS特性,第#页/共10页第#页/共10页如图8所示则选择 Calculate fields as specified第#页/共10页| Perfect magnelc cond | Free space-Gerxnetiy-Meshes55)Sphere1Ports-i S

7、oUbonWFrequency 9.000 GH2 Infinite planer 署 Load$“ E Excitations P Power tPlaneWavel- CalculationV Currents-Fair fields急 Modify far fields帀|区Position Coardinates Advanced ! ni m b in(+) i Calculate fields as specified：:. ) Calculate fields in plane wave incident directionStartEndFarField2Optimisatio

8、nIncrement& a |0lD0Horizontal cut 阳 plane)Veitical cut 昭 pianejVertical cut |YZ pl朗eNumber of field pointsAll angles are in degrees3D patternLabel: FarFieldlQKApplyLancel图8目标散射场远场方向图设置计算完成后可以直接查看目标的 RCS特性。包括散射场幅度、相位等都可以在输出的结果文件sphere_rcs.out中查看。本例计算结果如图9所示。第7页/共10页VALUES OF TH匚 SCATTERCD ELECTRIC FI

9、ELD STRENGTH INTHE FAR FIELD i n VFm匚tor eAf-j BETAR)/R not consi deredThe fol lowi ng offset i s i n effect for the co-ordi nates :X= 0.O0000E+00 m 二 0.00000E+On,ni 7= 0 O0000P+QO,.moo oo o o Nloooooo OH I po o oo o o TA Aoooooo X T oo oo o o -CE * * * L Hol12345Tmagn9phaseaxi al r.angl edi r已匚t556

10、E-161.060.8381LJ / tii 1? i_rRIGHT532e-149.900.8194-80.24RIGHT567e-138.940.8083RIGHT651E-128.720.8044-66.21RIGHT769E-119.520.8069vJRIGHT901E-111.410.8147J*RIGHTETHETA POLARISATION2 2 2 2 2 2o ooo o o o o o ooo V fr 6 7895 5552 222o oo o o ooo1.394E-01 -118.661.587E-01 -114.311.786E-01 -110.371.990E-

11、01 -106.810.1992 -34.05 LEFT 0.3132 -34.80 LEFT 0.4151 -35.43 LEFT 0.5071 -35.96 LEFT图9左旋圆极化平面波照射金属球结果文档*.out中部分内容截图查看结果文件sphere_rcs.out可知，散射场在平面波入射方向上最接近右 旋圆极化波，在入射平面波方向上为左旋圆极化波，其余大部分方向上为右旋椭 圆极化，少部分方向为左旋椭圆极化。第8页/共10页Radar cross section-200 3D eo 90120150180210240270300330350Angla PM dag2010-12-20 :

12、 sphe(e_ros一HCSm 口 191015rr生 mzsoa:图10左旋圆极化平面波照射金属球方位面内的多站RCS特性1.3左旋圆极化波照射金属柱体的多站 RCS仿真图11左旋圆极化波照射金属柱体的FEKO模型示意图第10页/共10页Radar cross sectionFjrFiaMI RCS10-30SO 60 M 120150180210240270300330330第11页/共10页第#页/共10页0Angla Theta dtg2010-12-20 : cylinderjrc图12左旋圆极化平面波照射金属柱体俯仰面内的多站RCS特性Radar cross sectionFrF

13、ield2 RCS-10-12-14-16-1S-20-2203080 QO 1201501802102402703003303S0Angle Phi degj20110-12-20 : oy(incler_ro图13左旋圆极化平面波照射金属柱体方位面内的多站RCS特性金属柱体半径为60mm高40mm采用矩量法仿真，网格边长取 3.33mm仿 第#页/共10页真频率为 9.0GHz。 关于散 射场更为 详细的 结果请参 考结 果文件 cylinder_rcs.out 。综上所述，FEKO软件可用于分析电小尺寸和电大尺寸目标的散射特性。矩 量法计算结果虽然准确性高， 但占用计算资源多， 只适用于

14、电小尺寸目标的分析。 PO算法和UTD算法等适用于电大尺寸目标的分析，但准确性略差。应用中需针 对具体情况，认真分析，以确定最佳可行方案。参考文献1 http:/www.feko.info/applications/white-papers/rcs-benchmarking-of-generic-shapes/rcs-me- asurement-and-simulation-of-generic-simple-shapes2 陈德喜，颜俐等。 FEKO 软件的 RCS 仿真应用。舰船电子工程， 2008 年第 9 期3 唐晓明，李恩等。利用 FEKO 对塑料目标支架 RCS 的仿真应用。微波学报， 2010 年 8 月4 A. C. Woo, H. T. G . Wang, and M. J. Schuh, Benchmark Radar Targets for the Validation of Computational Electromagnetics Programs, IEEE Antennas and Propagation Magazine, vol. 35, no. 1, February 1993, pp. 84 - 89.第 12 页 /共 10 页